原子間力顕微鏡とその応用

原子間力顕微鏡とその応用

原子間力顕微鏡は、走査型トンネル顕微鏡の基本原理を応用して開発された走査型プローブ顕微鏡です。 原子間力顕微鏡の出現がナノテクノロジーの発展を促進する役割を果たしたことは間違いありません。 原子間力顕微鏡に代表される走査型プローブ顕微鏡は、小さな探針を用いて試料表面を走査し、高倍率で観察する一連の顕微鏡の総称です。 AFM スキャンにより、さまざまな種類のサンプルの表面状態に関する情報が得られます。 従来の顕微鏡と比較した原子間力顕微鏡の利点は、大気条件下で試料表面を高倍率で観察でき、他の試料前処理処理を必要とせず、ほぼすべての試料（表面仕上げには一定の要件がある）に使用できることです。サンプル表面の3D画像を取得できます。 また、スキャンされた 3D トポグラフィー画像に対して、粗さの計算、厚さ、ステップ幅、ブロック図、または粒子サイズの分析を実行することもできます。
AFM は多くのサンプルを検出し、従来の走査型表面粗さ計や電子顕微鏡では提供できない、表面研究、生産管理、またはプロセス開発のためのデータを提供できます。

1. 基本原則
原子間力顕微鏡は、検出サンプル表面と微小なプローブ先端との間の相互作用力（原子間力）を利用して、表面のトポグラフィーを測定します。
プローブの先端は小さな柔軟なカンチレバー上にあり、プローブがサンプル表面に接触すると、その結果生じる相互作用がカンチレバーのたわみの形で検出されます。 サンプル表面とプローブ間の距離は 3-4nm 未満であり、それらの間で検出される力は 10-8N 未満です。 レーザーダイオードからの光はカンチレバーの背面に集束します。 カンチレバーが力を受けて曲がると、位置に敏感な光検出器の偏向角を使用して反射光が偏向されます。 次に、収集されたデータをコンピュータで処理して、サンプル表面の 3 次元画像を取得します。
完成したカンチレバープローブは、圧電スキャナーによって制御されるサンプルの表面に配置され、0.1nm 以下のステップ幅で 3 方向にスキャンされます。 通常、カンチレバーの変位フィードバック制御された Z 軸は、サンプル表面で詳細なスキャン (XY 軸) が実行されている間、一定のままです。 走査応答をフィードバックしたZ軸値をコンピュータに入力して処理し、試料表面の観察画像(3D画像)を取得します。

第二に、原子間力顕微鏡の特徴
1. 走査型電子顕微鏡（SEM）や光学式粗さ計をはるかに上回る高分解能。 サンプル表面の 3 次元データは、研究、生産、品質検査におけるますます微細化する要件を満たします。

2. 非破壊的で、プローブとサンプル表面間の相互作用力は 10-8N 未満であり、以前のスタイラス式粗さ計の圧力よりもはるかに低いため、サンプルに損傷を与えることはありません。走査型電子顕微鏡では電子線ダメージの問題はありません。 さらに、走査型電子顕微鏡では非導電性サンプルのコーティングが必要ですが、原子間力顕微鏡ではその必要はありません。

3. 表面観察、寸法測定、表面粗さ測定、粒度分析、凹凸の統計処理、成膜条件の評価、保護層寸法段差測定、平坦度測定など幅広い用途に使用できます。層間絶縁膜評価、VCDコーティング評価、配向膜の摩擦処理工程評価、欠陥解析など

4. 強力な処理機能を備えたソフトウェアで、3次元画像の表示サイズ、視野角、表示色、光沢などを自由に設定できます。 ネットワーク、等高線、ライン表示を選択できます。 画像処理、断面形状・粗さ解析、トポグラフィ解析などのマクロ管理。